UA76301C2 - Pipe heat exchanger - Google Patents

Abstract

This invention relates to heat exchange units, mostly to furnace units with motion of the flows of combustion products from up to down, and can be used in power units as utilizer of hot exhaust gases. The pipe heat exchanger has bank of heat exchange pipes with hexahedron tips at the ends, those form at assemblage the pipe and inter-pipe cavities, from above it looks like a ring with inner window for possible flow of solid particles - the products of fuel combustion, the ends of the tip ends of the pipes are connected to each other by welding, and the inter-pipe planes are in outer contours of the bank of heat-exchange pipes of the heat exchanger closed by separate plates in shape of elongated hexahedrons that are tangent joining the pipes placed in pairs and connected by welding. At two sides with respect to vertical axis of heat exchanger the bank of heat exchange pipes has one free hexagon cell, to the edges of this one at one side nipples for inlet and outlet on inter-pipe heat carrier are welded, and the cells at opposite sides of the nipples are closed by plugs. This invention makes it possible to increase strength characteristics of the heat exchanger and to perform heat transfer without use of complicated structural solutions.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до теплообмінних установок, переважно для топочних пристроїв з рухом потоків 2 продуктів згорання твердого палива зверху вниз і може бути використаний в енергетичних установках як утилізатор тепловідхідних газів.The invention relates to heat exchange installations, mainly for furnace devices with the movement of flows of 2 solid fuel combustion products from top to bottom and can be used in power plants as a heat waste gas utilizer.

Відомий кожухотрубний теплообмінник Ісм.5О Мо1765672, Е2807/16, Е28Е1/04, 1986р.). Теплообмінник містить розміщений усередині кожуха пучок теплообмінних труб з шестигранними, висадками на кінцях. Пучок труб утворює при збірці трубні і міжтрубні порожнини. Трубні дошки теплообмінника обмежені колекторами 70 середовища трубної порожнини. На зовнішній поверхні кожуха розміщені колектори середовища міжгрубної порожнини. Труби між висадками виконані у вигляді багатогранників, що контактують подовжніми ребрами з гранями суміжних труб, причому грані кожної труби виконані з похилими видавками.Known shell-and-tube heat exchanger Ism.5O Mo1765672, E2807/16, E28E1/04, 1986). The heat exchanger contains a bundle of heat exchange pipes with hexagonal ends located inside the casing. A bundle of pipes forms pipe and inter-pipe cavities during assembly. The tube plates of the heat exchanger are limited by collectors 70 of the medium of the tube cavity. On the outer surface of the casing, collectors of the medium of the intercoarse cavity are placed. The pipes between landings are made in the form of polyhedrons, which are in contact with the faces of adjacent pipes by longitudinal ribs, and the faces of each pipe are made with inclined protrusions.

Недолік кожухотрубного теплообмінника, вибраного авторами за прототип - неоптимальна міцність конструкції. Наявність кожуха в теплообміннику сприяє виникненню великих навантажень від дії тиску теплоносія 12 - води на велику площу поверхні. Чим більше тиск теплоносія в міжтрубній порожнині, тим товщею повинна бути стінка кожуха теплообмінника Установка колекторів входу і виходу теплоносія - води до кожуха теплообмінника збоку - нераціональна, оскільки погіршується рівномірність руху потоків теплоносія в міжтрубній порожнині теплообмінника.The disadvantage of the shell-and-tube heat exchanger chosen by the authors for the prototype is suboptimal structural strength. The presence of a casing in the heat exchanger contributes to the occurrence of large loads from the action of the pressure of the coolant 12 - water on a large surface area. The greater the pressure of the heat carrier in the intertube cavity, the thicker the wall of the heat exchanger casing should be. Installation of inlet and outlet collectors of the heat carrier - water to the heat exchanger casing from the side - is irrational, because the uniformity of the movement of heat carrier flows in the intertube cavity of the heat exchanger deteriorates.

Перед винаходом поставлене завдання підвищити міцнісні характеристики теплообмінника, з одночасним зменшенням металоємності, за рахунок зменшення площі поверхні, що зазнає високого тиску, підвищити теплопередачу шляхом забезпечення рівномірного руху потоків теплоносія в міжтрубній порожнині і забезпечити можливість використовування запропонованого теплообмінника в топочних установках з рухом продуктів згорання зверху вниз.The task of the invention is to increase the strength characteristics of the heat exchanger, with a simultaneous decrease in metal capacity, due to the reduction of the surface area exposed to high pressure, to increase heat transfer by ensuring the uniform movement of coolant flows in the intertube cavity, and to ensure the possibility of using the proposed heat exchanger in furnaces with the movement of combustion products from above down

Поставлене завдання досягається тим, що трубчастий теплообмінник, переважно для топочних установок з с напрямком руху потоків газів в процесі горіння твердого палива зверху вниз, який містить пучок теплообмінних Ге) труб з шестигранними висадками на торцях, утворюючими при складанні трубні і міжтрубні порожнини, згідно з. винаходом має зверху вигляд кільця з внутрішнім вікном для забезпечення можливості проходження частинок - продуктів згорання палива. Торці висадних кінців труб з'єднані між собою зварюванням, а міжтрубні порожнини по зовнішніх контурах пучка теплообмінних труб теплообмінника перекриті окремими пластинами у формі -- витягнутих шестигранників, дотично прилягаючих до попарно розташованих труб і з'єднані зварюванням. При Га») цьому, пучок теплообмінних труб з двох боків відносно вертикальної осі теплообмінника має по одній вільній шестигранній чарунці до кромок яких з однієї сторони приварені патрубки входу і виходу міжтрубного о теплоносія, а чарунки з протилежних сторін патрубків закриті заглушками. Ге)The task is achieved by the fact that a tubular heat exchanger, preferably for furnaces with the direction of movement of gas flows in the process of burning solid fuel from top to bottom, which contains a bundle of heat exchange He) tubes with hexagonal protrusions on the ends, forming tube and intertube cavities during assembly, according to . the invention has a top view of a ring with an internal window to ensure the passage of particles - products of fuel combustion. The ends of the outlet ends of the pipes are connected to each other by welding, and the inter-tube cavities along the outer contours of the bundle of heat-exchange pipes of the heat exchanger are covered with separate plates in the form of elongated hexagons, tangentially adjacent to the paired pipes and connected by welding. With this, the bundle of heat exchange pipes on two sides relative to the vertical axis of the heat exchanger has one free hexagonal socket to the edges of which, on one side, the inlet and outlet nozzles of the intertube coolant are welded, and the sockets on the opposite sides of the nozzles are closed with plugs. Gee)

Пристрій пояснюється фії 1, 2, 3. 325 На Фіг.1 - показаний вигляд збоку теплообмінника. -The device is explained in Figs. 1, 2, 3. 325 Fig. 1 shows a side view of the heat exchanger. -

Фіг.2 - теплообмінник у вигляді тривимірної моделі.Fig. 2 - heat exchanger in the form of a three-dimensional model.

Фіг.3 - теплообмінник, розміщений під черенем топочной установки.Fig. 3 - a heat exchanger placed under the furnace furnace.

Трубчастий теплообмінник складається з пучка теплообмінних труб 1 з висадними ділянками 2 з « шестигранними торцями 3. Теплообмінник зверху має вигляд кільця з внутрішнім вікном 4 для забезпечення З можливості проходження твердих частинок - продуктів згорання палива. Торці З висадних кінців труб з'єднані с між собою зварюванням. Міжтрубні порожнини по зовнішніх контурах пучка теплообмінних труб 1 теплообмінника з» перекриті окремими пластинами 5 у формі витягнутих шестигранників, дотично прилягаючих до попарно розташованих труб і з'єднані зварюванням. Пучок теплообмінних труб з двох боків відносно вертикальної осі теплообмінника має по одній вільній шестигранній чарунці, до кромок яких з однієї сторони приварені патрубки 49 віт, входу і виходу міжтрубного теплоносія, а чарунки з протилежних сторін патрубків закриті заглушками 8. 7 Трубчастий теплообмінник для топочних установок з рухом продуктів згорання зверху вниз встановлюють підThe tubular heat exchanger consists of a bundle of heat exchange pipes 1 with landing sections 2 with hexagonal ends 3. The heat exchanger from above has the form of a ring with an internal window 4 to ensure the passage of solid particles - fuel combustion products. The ends of the landing ends of the pipes are connected with each other by welding. The intertube cavities along the outer contours of the bundle of heat exchange tubes 1 of the heat exchanger with" are covered with separate plates 5 in the form of elongated hexagons, tangentially adjacent to the paired tubes and connected by welding. The bundle of heat exchange pipes on two sides relative to the vertical axis of the heat exchanger has one free hexagonal shell, to the edges of which, on one side, nozzles 49 vit, inlet and outlet of the inter-tube heat carrier are welded, and the shells on the opposite sides of the nozzles are closed with plugs 8. 7 Tubular heat exchanger for furnace installations with the movement of combustion products from top to bottom, set under

Ге») черенем 9 (Фіг.3) так, щоб внутрішнє вікно 4 (Фіг.2) теплообмінника було сумірне з центральним каналом - камерою 10 допалювання піролізних газів топочної установки. Вікно 4 теплообмінника прикрито зольником 11. о Теплообмінник працює таким чином: піролізний газ, що утворюється у надколосниковому просторі, потрапляє ав! 20 в канал-камеру 10, де відбувається допалювання піролізного газу з подачею окислювача-повітря через канал 12 і крізні вікна 13. Потік продуктів згорання - газу надходить у трубний простір теплообмінника зверху (на та Фіг.3 потік газу показаний зігнутими стрілками), а тверді частинки - зола (на Фіг.3 - прямі стрілки) прямує в зольник 11. Теплоносій - вода - подається в патрубок 6, а з патрубка 7 виходить нагрітий, а газ, що віддав тепло трубкам, прямує в димар 14. 25 При використовуванні в трубчастому теплообміннику схеми руху газоподібних продуктів згорання зверху внизGe") with a pipe 9 (Fig. 3) so that the inner window 4 (Fig. 2) of the heat exchanger is commensurate with the central channel - the chamber 10 of the afterburning of pyrolysis gases of the furnace. The window 4 of the heat exchanger is covered with an ash tray 11. o The heat exchanger works as follows: the pyrolysis gas formed in the space above the grate enters av! 20 into the channel-chamber 10, where pyrolysis gas is re-burned with the supply of oxidant-air through the channel 12 and through windows 13. The flow of combustion products - gas enters the tube space of the heat exchanger from above (in Fig. 3 the gas flow is shown by bent arrows), and solid particles - ash (in Fig. 3 - straight arrows) goes into the ash tray 11. The heat carrier - water - is fed into the nozzle 6, and from the nozzle 7 comes out heated, and the gas that gave heat to the tubes goes into the chimney 14. 25 When using in a tubular heat exchanger, the scheme of movement of gaseous combustion products from top to bottom

ГФ) по теплообмінних трубах 1, а теплоносія - води по міжтрубних порожнинах зустрічному напрямку, досягаються позитивні ефекти, що підвищують ефективність теплопередачі. Шари газу з однаковою температурою о розташовуються усередині теплообмінних труб - газоводів горизонтально під дією гравітації, оскільки мають однакову густину і гальмують рух верхніх, більш гарячих шарів униз. Пристінний кільцевий шар газу, віддаючи 60 тепло стінці теплообмінної труби, втрачає температуру і рухається вниз під дією гравітації, а його місце займає потік газу, що рухається в горизонтальному шарі із серцевини потоку. Відбувається мимовільне перемішування всіх частин об'єму газу в горизонтальному і вертикальному напрямках без використання складних конструктивних прийомів типу гальмівних колодок, гвинтових завихрителів та ін. При такій схемі руху де газу кожна частинка його об'єму не може піти вниз, не віддавши тепла стінці труби.HF) through the heat exchange pipes 1, and the heat carrier - water through the intertube cavities in the opposite direction, positive effects are achieved that increase the efficiency of heat transfer. Layers of gas with the same temperature o are located inside heat exchange pipes - gas pipelines horizontally under the influence of gravity, because they have the same density and inhibit the downward movement of the upper, hotter layers. The wall annular layer of gas, giving 60 heat to the wall of the heat exchange tube, loses temperature and moves downward under the influence of gravity, and its place is taken by the flow of gas moving in a horizontal layer from the core of the flow. There is involuntary mixing of all parts of the gas volume in horizontal and vertical directions without the use of complex constructive techniques such as brake pads, screw swirlers, etc. With such a scheme of movement, where every particle of its volume cannot go down without giving heat to the pipe wall.

Claims (1)

Формула винаходу Трубчатий теплообмінник, переважно для топкових установок, де у процесі горіння твердого палива потоки 2 газів рухаються зверху вниз, який містить пучок теплообмінних труб з шестигранними висадками на торцях, що створюють при збірці трубні і міжтрубні порожнини, який відрізняється тим, що теплообмінник зверху має вигляд кільця з внутрішнім вікном для можливості проходження твердих частинок - продуктів згорання палива, торці висадних кінців труб з'єднані між собою зварюванням, а міжтрубні порожнини по зовнішніх контурах пучка теплообмінних труб теплообмінника перекриті окремими пластинами у формі витягнутих шестигранників, дотично прилягаючих до попарно розташованих труб, і з'єднані зварюванням, при цьому пучок теплообмінних труб з двох боків відносно вертикальної осі теплообмінника має по одній вільній шестигранній чарунці, до кромок яких з однієї сторони приварені патрубки входу і виходу міжтрубного теплоносія, а чарунки з протилежних боків патрубків закриті заглушками. с щі 6) «- «в) (зе) (Се) і -The formula of the invention is a tubular heat exchanger, mainly for combustion plants, where in the process of burning solid fuel, flows of 2 gases move from top to bottom, which contains a bundle of heat exchange pipes with hexagonal protrusions on the ends, which create pipe and inter-pipe cavities during assembly, which is distinguished by the fact that the heat exchanger from above has the form of a ring with an internal window for the passage of solid particles - products of fuel combustion, the ends of the outlet ends of the pipes are connected to each other by welding, and the inter-tube cavities along the outer contours of the bundle of heat-exchange tubes of the heat exchanger are covered with separate plates in the form of elongated hexagons, tangentially adjacent to the pairs located pipes, and are connected by welding, while the bundle of heat exchange pipes on two sides relative to the vertical axis of the heat exchanger has one free hexagonal shell, to the edges of which the inlet and outlet nozzles of the intertube heat carrier are welded to the edges on one side, and the shells on the opposite sides of the nozzles are closed with plugs and c schi 6) "- "c) (ze) (Se) and - - . и? -і (о) (95) («в) - іме) 60 б5- and? -i (o) (95) («c) - name) 60 b5